双链RNA 介导RNA 干涉也在哺乳动物生长发育过程中起作用。在有些基因组印迹(genomic imprinting) 中已经发现双链RNA ,说明很可能基因组印迹是通过形成双链RNA来介导等位基因的甲基化和特异性基因沉默。研究表明,与X 染色体随机失活现象相关的Xist 基因和Tsix 基因的转录本刚好互补,而且都不翻译成蛋白质,这暗示着X 染色体失活也可能是双链RNA 介导[10 ] 。
2 RNA 干涉的作用机理
对于RNA 干涉的机制,人们先后提出了多种模型。Lindbo 等提出了RNA 阈值模型(RNA threshold model) ,认为RNA 干涉是细胞质中mRNA 的监控系统,当某种mRNA 超量表达时,监控系统就将这种超量表达的mRNA 降解[11 ] 。然而,随后人们发现某些不带启动子的基因转入细胞后也能引起RNA 干涉现象。Hynes 等认为RNA 干涉是生物在长期进化过程中形成的一种对病毒侵染的抗性,与基因的表达产物的过量与否无关;当病毒或转入的外源基因内部有同源序列,或外源基因与内源基因之间有同源序列时,往往会导致异位配对(ectopic pairing) ,并转录产生双链的异常RNA (aberrant RNA , aRNA) ,细胞中一旦产生aRNA ,就会激活RdRPs 的活性, RdRPs 再以aRNA 为模板合成大量21～25 bp 的互补RNA (completmentary RNA ,cRNA) 。这些cRNA 与同源mRNA 结合形成部分双链结构dsRNA ,被双链特异性RNase 识别并降解[12 ] 。Waterhouse 将有义RNA 和反义RNA 导入植物后,发现有义RNA 与反义RNA 共转录比二者单独作用更易引起基因沉默。于是他们认为异位配对并不是导致基因沉默的根本原因。而根本原因是在于外源基因插入受体基因组中的方向不同,导致有义RNA 和反义RNA 的合成。这些转录产物形成dsRNA , dsRNA 在细胞质中被螺旋酶、RdRPs 和类似于RNaseL 的核酸内切酶形成的复合体所识别。螺旋酶使双链解旋,__RdRPs 以其中一条链为模板合成cRNA ,类似于RNaseL 的核酸内切酶结合于cRNA 的两端,当cRNA 与具有同源序列的mRNA 结合以后,RNaseL 在单链处切开mRNA 分子,从而使mRNA 降解,基因沉默,并由此提出了双链RNA 模型[13 ] 。
从已经发生RNA 干涉的果蝇S2 细胞中,Bernstein 等人纯化了一种核酸酶Dicer-1 ,从中分离出21～23 核苷酸长的dsRNA 片段。说明该核酸酶具有序列特异性,它能降解与dsRNA 具有同源序列的mRNA[14 ] 。这暗示该核酸酶对mRNA 的切割有可能是以这些片段作模板指导进行的。研究表明,RNA 干涉作用的基本过程包括dsRNA 的加工及指导识别同源的mRNA 并切割同源mRNA 过程,即当dsRNA 导入细胞后,被一种dsRNA 特异的核酸内切酶RNA 酶Ⅲ(或类似的RNA 酶) 识别,并将其降解成21～25 核苷酸的双链小RNA 分子。这些21 ～ 25 核苷酸的双链小RNA 片段可与该核酸酶的dsRNA 结合结构域结合,并与其他蛋白组成RNA 诱导基因沉默复合体( RNA-induced silencing complex ,RISC) ,由双链小RNA 识别mRNA 序列。如果mRNA 序列与之不互补, 复合体很快从mRNA 上脱落下来。如果mRNA 序列与双链小RNA 序列互补,mRNA 与dsRNA 的有义链发生链互换,原先dsRNA 中的有义链被mRNA 代替,从酶2dsRNA 复合体中释放出来,而mRNA 则处于原先的有义链的位置。然后结合在复合物上的RNA 酶Ⅲ在小RNA 反义链一端将mRNA 切断,经过多次切割,一条完整的mRNA 就被降解成为多个21～25 核苷酸的小RNA 分子[15 ] 。这些降解产物又可以与小RNA 的反义链结合,引起新一轮的对相应mRNA 的降解。所以这一降解机制是循环放大的,一旦启动就可以迅速地将该种mRNA全部降解掉, 从而使目的基因沉默, 产生RNA 干涉现象。上述21～25 核苷酸的双链小RNA 分子,可以很容易地从一个细胞传递到另一个细胞,实现远距离运输,并穿过生殖腺,进入生殖细胞,传递到下一代。目前已从线虫中分离到RDE22、RDE23 和Mut27 等RNA 干涉相关的基因[16 ] 。
